Лабораторна робота 6 оптимізація виробництва екз методом подібних комплектів
Мета лабораторної роботи – вивчення питань розподілу технологічних операцій (ТО), технологічних переходів (ТПр) за робочими місцями дільниці складання та монтажу вузлів електронних комп'ютерних засобів (ЕКЗ) на друкованих платах (ДП), оптимізації параметрів технологічного процесу (ТП).
Теоретичні відомості
З безлічі задач автоматизованого проектування можна виділити сукупність таких, що вимагають автоматизації в першу чергу. До таких відносять методично відпрацьовані і формалізовані завдання суто обчислювального чи оптимізаційного характеру. Необхідність розв'язання таких завдань за допомогою електронно-обчислювальних машин (ЕОМ) не викликає сумніву, а економічна ефективність від впровадження їх програмних реалізацій достатньо висока.
До завдань зазначеного типу, що вимагають розв'язання в процесі проектування технологічного процесу складання вузлів на друкованих платах, відносять завдання розподілу ТО (ТПр) за робочими місцями (РМ) дільниці складання та монтажу. Автоматизація розв'язання задач розподілу і оптимізації дозволяє зменшити тривалість проектування, підвищити якість технологічних проектів, вивільнити проектувальників від робіт нетворчого характеру.
Основні економіко-організаційні (ЕО) фактори, що впливають
на результати розподілу і оптимізацію ТП складання
Остаточне упорядкування ТО і адаптація структурної моделі ТП складання ЕКЗ до умов конкретного виробництва, на якому планується випуск виробів, повинні здійснюватися з урахуванням факторів економіко-організаційного характеру (це планований об'єм випуску, прийняті на даному виробництві способи організації робочих місць тощо). При цьому завдання зводиться до розподілу ТО (ТПр) за робочими місцями дільниці складання, до упорядкування ТО (ТПр) усередині кожного робочого місця, робочих місць на збиральній дільниці, а також оптимізації тимчасових параметрів ТП складання ЕКЗ.
Фактори економіко-організаційного характеру, що визначають послідовність і параметри ТП, такі:
– форма організації ТП складання;
– наявність спеціалізованих робочих місць;
– число типів спеціалізованих робочих місць, на яких виконуються роботи даної спеціалізації. При цьому спеціалізація визначається орієнтацією на конкретний тип робіт, використовуваними засобами технологічного оснащення (ЗТО) або професією робітників;
– максимальне число робочих місць кожної спеціалізації;
– групування ТО;
– обсяг випуску виробів;
– значення трудомісткостей ТО;
– штучна нерівномірність завантаження робочих місць;
– загальна кількість робочих місць дільниці складання.
Основні параметри технологічного процесу
Цикл виготовлення виробу – упорядкована сукупність усіх процесів, через які проходить виріб від початку до закінчення його виготовлення.
Основні характеристики циклу – структура та тривалість.
Структура циклу – склад і спосіб поєднання в часі всіх процесів, здійснюваних над виробом і його компонентами при їх виготовленні.
Процеси можуть бути активні (основні і допоміжні) або пролежування (в робочий та неробочий час).
Активні основні: складання, монтаж, регулювання.
Активні допоміжні: контроль, випробування, переміщування, складування.
Пролежування: при підготовці заключних робіт, всередині партій, в перервах.
Тривалість циклу – календарний період від моменту початку до моменту закінчення виготовлення виробу в цілому, включаючи його компоненти:
Найбільш простим є послідовний рух партії виробів по технологічних операціях (переходах), коли кожна послідовність операцій циклу починається тільки після попередньої
де n – число виробів;
m – кількість операцій циклу;
ti – штучний час обробки одного виробу на i-й ТО.
Цикл
робочого місця
– сумарна трудомісткість ТО, що
виконуються на одному робочому місці.
Такт випуску – розрахований проміжок часу між випуском або запуском двох однакових виробів у плановому періоді:
,
де ФН – номінальний фонд часу роботи потокової лінії, хв.;
,
де
–
кількість робочих днів у плановому
періоді;
–
кількість
робочих змін у добу: n=1–3;
Тп – загальна тривалість перерв, що регламентувалися, на відпочинок за плановий період;
де
– загальна тривалість регламентованих
перерв на відпочинок за зміну, що дорівнює
35 хв.;
N – розрахунковий об'єм випуску виробів за плановий період.
Синхронізація – процес погодження тривалості операцій з тактом, щоб тривалості всіх операцій дорівнювали або були кратними такту.
Потокове виробництво – при масовому типі виробництва, якщо продуктивність і кількість робочих місць пролічено так, що перехід з однієї ТО на іншу здійснюється без затримок.
Абсолютна
розсинхронізація робочих місць
при
для робочих місць
Відносна розсинхронізація робочих місць
Для всієї дільниці складання (конвеєрної лінії)
абсолютна розсинхронізація відносна розсинхронізація
де N – число робочих місць, використовуваних у технологічному процесі.
Цикл технологічного процесу складання ЕКЗ визначається:
– кількістю технологічних операцій (переходів)складання;
– співвідношенням значень трудомісткостей технологічних операцій (переходів) між собою і з тактом технологічного процесу;
– кількістю робочих місць дільниці складання;
– кількістю груп спеціалізованих робочих місць;
– числом робочих місць кожної спеціалізації;
– групуванням однотипних технологічних операцій (переходів);
– розміром обробленої партії;
– втратами робочого часу;
– трудомісткостями технологічних операцій (переходів).
Мінімальне значення циклу досягається при виконанні всіх технологічних операцій на одному робочому місці.
Такт і цикл визначають продуктивність технологічного процесу складання і вартість збиральних робіт. При незмінному числі робочих місць мінімізація такту і циклу максимізує продуктивність технологічного процесу і мінімізує його вартість. Цикл (такт) може бути обраний одним з головних критеріїв оптимізації технологічного процесу.
Мінімальне значення циклу технологічного процесу – сумарна трудомісткість технологічних операцій (переходів) (основних і мінімального числа допоміжних). Такт визначається максимальним із циклів робочих місць
де T – максимальний цикл РМ;
r – такт;
N – число робочих місць.
Зі збільшенням числа робочих місць їх розсинхронізація та втрати часу збільшуються (саме тому цикл мінімальний при одному робочому місці).
Рівень синхронізації робочого місця і всього технологічного процесу визначається:
– кількістю технологічних операцій (переходів);
– трудомісткостями технологічних операцій (переходів);
– співвідношенням трудомісткостей технологічних операцій між собою і з тактом;
– кількістю робочих місць дільниці складання;
– наявністю обмежень на послідовність;
– наявністю спеціалізованих робочих місць.
У вигляді додаткових критеріїв для оптимізації можна використовувати коефіцієнт завантаження засобів технологічного обладнання (підвищується при групуванні однотипних технологічних операцій і збільшенні складності робіт), кількість робочих місць дільниці складання.
Цільова функція формування послідовності технологічних операцій з урахуванням економіко-організаційних факторів щодо основного критерію оптимізації (значення циклу)має вигляд
та може бути подана у вигляді
де
– абсолютна розсинхронізація;
Т – цикл складання;
– цикл робочого місця;
N – число робочих місць дільниці складання.
При використанні у вигляді головного критерію такту технологічного процесу цільова функція має вигляд
де
– середнє значення циклу для всіх
робочих місць;
– такт;
– цикл
робочих місць.
При розв'язанні практичного завдання розподілу технологічних операцій (переходів) за робочими місцями дільниці складання треба прагнути до того, щоб відносна розсинхронізація не перевищувала 2–5 %,
максимально становила 10% (у виняткових технічно обґрунтованих випадках – 15 %).
На реальному виробництві цих обмежень не завжди дотримуються, перевищення становить 2–3 рази.
Розподіл технологічних операцій (переходів) за робочими місцями
методом подібних комплектів
Для розподілу технологічних операцій за робочими місцями розроблений метод, що забезпечує практичне розв'язання завдання і на основі якого може бути сформований алгоритм розв'язання на ЕОМ.
Формування технологічних операцій (переходів) здійснюється послідовно для кожного робочого місця і-її спеціалізації. Забезпечується подібність технологічних комплектів (сукупність тих елементів, що обробляються на даному робочому місці) для різноманітних робочих місць дільниці (цеху) складання.
Алгоритм виконання розподілу
1.
Упорядковуємо трудомісткості
–
технологічних операцій (переходів)
технологічного процесу складання
в ряд за ознакою не зростання їх
значень:
де М - кількість операцій
2. Розподіляємо елементи отриманого ряду трудомісткостей в матрицю NхK, де N – число робочих місць; К – максимальна кількість операцій, що виконуються на робочому місці.
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
В основу подібного розподілу елементів покладено властивість натурального ряду – суми рівновіддалених елементів однакові. При заповненні матриці ряд трудомісткостей розташовують у такому порядку: перший і непарні стовпці – зверху вниз; другий і парні стовпці – знизу вверх.
Рис. 1. Геометрична інтерпретація розподілу
трудомісткостей за робочими місцями.
Не зростаючий ряд трудомісткостей з визначеною мірою точності можна подати як натуральний ряд чисел. Тому, якщо на різноманітні РМ розміщати попарно рівновіддалені елементи, то можна припустити, що цикли РМ будуть близькі один до одного (а в деяких випадках і однакові). В той же час кількість ТО на РМ буде однаковою (якщо М кратно N). Або, в противному разі, буде відрізнятися на 1.
3.
Розраховуємо цикли
для
кожного робочого місця
,
тобто складаємо трудомісткості рядка
4.
Визначаємо
5. Визначаємо відхилення циклів робочих місць від
6.
Знаходимо два робочих місця, для яких
максимальні, а знаки – різні, тобто
і
(у прикладі на рис. 1 це
і
позначені
*).
7. Намагаємося зменшити максимальний цикл і збільшити мінімальний цикл, при цьому зменшуються абсолютна ^відносна розсинхронізація.
Це завдання розв'язується таким чином:
а) з
робочого місця з максимальним циклом
вибираємо найбільшу за трудомісткістю
технологічну операцію, а на робочому
місці з мінімальним циклом (
)
– технологічну операцію з найменшою
трудомісткістю і міняємо їх місцями;
б) внаслідок вищеподаного максимальний цикл зменшується, отже, відповідно зменшується і такт; в цей же час мінімальний цикл зростає, такт збільшується. При цьому абсолютна розсинхронізація зменшується;
в) більш конкретно вибір технологічних операцій, що міняємо місцями, здійснюється таким чином:
– якщо
робоче місце з максимальним циклом має
більший номер, ніж робоче місце з
мінімальним циклом, то для спроби обміну
вибирають елементи трудомісткостей
цих робочих місць за парними стовпцями
(
і
);
– визначають різницю між тоудомісткостями ( , ):
(1)
Якщо ця умова (1) не виконується, то міняти місцями ці елементи поки недоцільно. Треба пробувати поміняти місцями інші елементи трудомісткостей цих робочих місць:
або дві трудомісткості на першу, другу на другу тощо. Кожний раз треба перевіряти умову (1) обміну. Якщо умова виконана, обмін зроблено, то переходимо до п.8.
8. Виконуємо розрахунок нових значень циклів робочих місць і продовжуємо роботу за п.5. Цикли поліпшення рівня синхронізації повторюються до тих пір, поки кожна нова ітерація не перестане давати відчутні поліпшення Т – відносної розсинхронізації.
Спосіб дозволяє покращити рівень синхронізації технологічної операції шляхом обміну.
Програма реалізації алгоритму оптимізації розподілу технологічних операцій за робочими місцями складена на мові РL1 для ЕОМ серії ЄС і відлагоджена з використанням стандартної системи математичного забезпечення ОС ЄС ЕОМ. Програма експериментально перевірена на ЄС 1033. Для друкованих вузлів середньої складності (100–150 елементів) час, затрачуваний центральним процесором для розв'язання завдання, становить майже 30 с. При цьому розсинхронізація не перевищує 5 %. Для одержання хороших результатів рекомендується число N – кількість робочих місць – задавати таким, щоб на кожне робоче місце приходилось не менш 4–5 технологічних переходів. При цій умові рівень розсинхронізації не перевищує 2 %.
Робота алгоритму, розробленого з урахуванням вимог і обмежень, характерних для виробничих умов, збільшена схема якого подана на Рис. 2, починається з запровадження вхідної інформації (блок 1).
Рис. 2. Схема алгоритму оптимізації розподілу
ТО (ТПр) за РМ.
У блоці 2 здійснюється розрахунок оптимальних кількостей робочих місць за спеціалізаціями. У блоці 3 номер спеціалізації технологічної операції, яка буде формуватися, встановлюють таким, що дорівнює 1. Якщо сформовані технологічні операції для всіх множин спеціалізованих робочих місць, то здійснюється перехід до блоку 6. Перевірка виконується в блоці 4. В блоці 7 виділяється підграф, який відображає обмеження на виконання технологічних переходів н спеціалізації. Розподіл технологічних переходів за робочими місцями і мінімізація здійснюються в блоці 8. Якщо рівень синхронізації задовольняє вимоги (перевірка виконується в блоці 9), то здійснюється перехід до блоку 5. У противному разі здійснюється поліпшення рівня синхронізації технологічних операцій (переходів) і-ї спеціалізації (блок 10). Блок 5 реалізує перехід до наступної спеціалізації. Обробка і виведення результатів проектування і оптимізації конвеєрної лінії здійснюються блоком 6.
Домашнє завдання
Вивчити:
1. Лабораторне завдання та методику виконання роботи.
2. Основні параметри виробництва електронних апаратів.
3. Метод розподілу технологічних операцій (переходів) за робочими місцями потокового виробництва.
Зміст роботи
1. Синтезувати маршрут складання вузла ЕКЗ.
2. Провести аналіз економіко-організаційних факторів, які визначають параметри технологічного процесу виробництва ЕКЗ.
3. Оптимізувати розподіл технологічних операцій (переходів) за робочими місцями потокового виробництва ЕКЗ.
Порядок виконання роботи
1. Проаналізувати особливості конструкції конкретного вузла ЕКЗ.
2. Синтезувати технологічний маршрут виробництва вузла ЕКЗ.
3. Відкоригувати технологічний маршрут з урахуванням технологічних факторів виробництва.
4. Розподілити технологічні операції (переходи) за робочими місцями методом подібних комплектів.
5. Визначити оптимальні параметри технологічного процесу.
Зміст звіту
У звіті повинні бути наведені:
1. Схематичне креслення розміщення елементів та короткий опис конструкторських особливостей і факторів, які визначають технологічний процес.
2. Синтезований технологічний маршрут виробництва (складання) вузла ЕКЗ.
3. Алгоритм автоматизованого розподілу технологічних операцій (переходів) за робочими місцями.
4. Результати розрахунку розподілу технологічних операцій (переходів) за робочими місцями.
5. Параметри технологічного процесу, одержані в результаті оптимізації методом подібних комплектів.
6. Висновки.
Контрольні запитання
1. Характеристика розподілу технологічних операцій (технологічних переходів) за робочими місцями.
2. Визначення циклу складання.
3. Визначення такту складання.
4. Характеристика ролі і рівня синхронізації технологічних операцій (технологічних переходів).
5. Характеристика критеріїв оптимізації технологічного процесу.
6. Цільова функція оптимізації технологічного процесу.
7. Штучна нерівномірність завантаження робочих місць.
8. Опис розрахунку рівня розсинхронізації реального розподілу технологічних операцій (технологічних переходів) за робочими місцями методом подібних комплектів.
Список літератури
1. Организация и планирование радиотехнического производства. Управление предприятием радиопромышленности / Под ред. А.И. Кноля, Г.М. Лапшина.- М.: Высш. шк., 1987.- 352 с.
2. Миускова Р.П. Оптимизация трудовых процессов с использованием математических методов и ЗВМ. - М.: Зкономика, 1975.- 200 с.
3. Лапшин М.С., Меткин Н.П., Усатов Н.П. Технология РЭА. Оборудование и автоматизация: Расчет организационных структур технологических процессов сборки и монтажа РЭА.- Л.: ЛЗИС, 1982.- 48 с.
4. Разработка и исследование алгоритмов формирования структуру технологических процессов сборки микросборок для САПР ТП//Научно - технический отчет по теме 718-26 № 81050179.- Одесса: ОПИ, 1983.
5. Буриков А.Д., Сущинский И.М. Эвристический метод синхронизации конвейерных линий // Труды МИЭМ.-М., 1971.-Вып.16.-Ч.2.
6. Технология и автоматизация производства радиоэлектронной аппаратуры: Учеб. для вузов / И.П.Бушминский, О.Ш.Даутов, А.П.Достанко и др.; Под ред. А.П.Достанко, Ш.М.Чабдарова.- М.: Радио и связь, 1989.- 624 с.